太陽(yáng)能、風(fēng)電為高速公路供電原理分析

國(guó)家經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，帶來(lái)了道路建設(shè)的繁榮，高速公路里程的不斷攀升，自然而然地，高速公路機(jī)電項(xiàng)目的建設(shè)要求也就越來(lái)越高了。高速公路在實(shí)際運(yùn)營(yíng)中會(huì)因?yàn)殡娎|被盜而造成重大的經(jīng)濟(jì)損失，帶來(lái)運(yùn)營(yíng)管理上的不便，基于以上原因，供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)顯得尤為重要。 　　目前，有一種更加完善的方案——采用太陽(yáng)能和風(fēng)能—— 風(fēng)光互補(bǔ)的供電方式。這種供電方式其能源全部來(lái)自太陽(yáng)能和風(fēng)能，無(wú)需傳統(tǒng)復(fù)雜的布線，并且無(wú)污染、維護(hù)簡(jiǎn)便、使用壽命長(zhǎng)、能源豐富，此技術(shù)在高速公路的應(yīng)用已經(jīng)開(kāi)始日益普及。 　　1 系統(tǒng)構(gòu)成和工作原理 　　太陽(yáng)能供電系統(tǒng)由太陽(yáng)電池組件構(gòu)成的太陽(yáng)電池板、太陽(yáng)能充電控制裝置、逆變器、蓄電池（如圖1所示）組成。太陽(yáng)電池板在晴朗的白天把太陽(yáng)光能轉(zhuǎn)換為電能，給負(fù)載供電的同時(shí)，也給蓄電池組充電；在無(wú)光照時(shí)，由蓄電池給負(fù)載供電。太陽(yáng)電池是一種半導(dǎo)體器件（或稱物理電池），它能夠直接將太陽(yáng)的光能轉(zhuǎn)換為電能。由于它工作時(shí)無(wú)需水、油、汽、燃料，只要有光就能發(fā)電的特點(diǎn)，堪稱當(dāng)代清潔、無(wú)污染的可再生能源。 　　風(fēng)能發(fā)電是一種將風(fēng)能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，由機(jī)械能再轉(zhuǎn)換為電能的機(jī)電裝置。其配置包括風(fēng)力發(fā)電機(jī)、蓄電池、控制器、逆變器4部分。主要由風(fēng)輪、發(fā)電機(jī)、尾舵、支架、電纜、充電控制器、逆變器、蓄電池組等組成。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組是獨(dú)立供電系統(tǒng)，它利用風(fēng)力發(fā)電，向蓄電池組充電，把儲(chǔ)存電能以直流和交流2種多制式電源供給照明、家用電器、通訊設(shè)備和電動(dòng)工具使用。 　　2 應(yīng)用實(shí)例 　　機(jī)電設(shè)備是否采用太陽(yáng)能一風(fēng)能供電方式與所在區(qū)域和設(shè)備的功率有一定關(guān)系，在開(kāi)始設(shè)計(jì)前，要充分了解當(dāng)?shù)氐臍夂驐l件，對(duì)風(fēng)力及日照分布特點(diǎn)進(jìn)行分析。以廣東省為例，大部分城市處于北回歸線以南，日照條件良好。太陽(yáng)熱能全天、全年分布均勻，且熱能質(zhì)量良好。全年約80 的白天具有采集太陽(yáng)熱能的條件，各地每年太陽(yáng)總輻射量平均在105~ 150 cm。 　　2.1 太陽(yáng)能電池板 　　太陽(yáng)能電池組件的表面采用美國(guó)AFG公司的高透光性絨面的鋼化玻璃及耐老化的杜邦公司TPT復(fù)合材料等，由進(jìn)口層壓機(jī)層壓而成。氣密性、耐候性好，抗腐蝕、機(jī)械強(qiáng)度好。有以下特點(diǎn)： 　?、偬?yáng)電池為單晶硅太陽(yáng)電池，太陽(yáng)電池轉(zhuǎn)換效率高，而且太陽(yáng)電池組件一致性性能佳； 　　② 太陽(yáng)電池在制造時(shí)，先進(jìn)行化學(xué)處理，表面做成了一個(gè)像金字塔一樣的絨面，能減少反射，更好地吸收光能； 　　③采用雙柵線，使組件的封裝可靠性更高； 　?、芴?yáng)電池組件抗沖擊性能佳，符合IEC國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)； 　?、萏?yáng)電池組件層之間采用雙層EVA材料以及TPT復(fù)合材料，組件氣密性好、抗潮、抗紫外線好、不容易老化； 　　⑥ABS塑料接線盒，耐老化防水防潮性能好； 　?、邘в信月范O管能減少局部陰影而弓I起的損害。 　　2.2 風(fēng)能發(fā)電機(jī) 　　風(fēng)能發(fā)電系統(tǒng)可解決太陽(yáng)能供電單獨(dú)設(shè)置的缺點(diǎn)，如陰雨天有風(fēng)情況下，太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)無(wú)法發(fā)電，使得供電系統(tǒng)的可靠性明顯提高。實(shí)例中風(fēng)機(jī)選用PTFJ400一M 型風(fēng)機(jī)，風(fēng)輪直徑1.4m；額定功率400w；最大功率500w；風(fēng)機(jī)額定風(fēng)速12.5m/s；啟動(dòng)風(fēng)速2.4 m/s；最大風(fēng)速60 m/s。 　　2.3 充放電控制器 　　智能控制器控制太陽(yáng)電池方陣對(duì)蓄電池組的充電，并實(shí)現(xiàn)蓄電池給負(fù)載供電。 　?、俨捎孟冗M(jìn)的階梯式逐級(jí)限流充電方法，依據(jù)蓄電池組端電壓的變化趨勢(shì)自動(dòng)控制太陽(yáng)電池方陣的依次接通或切離，既可充分利用太陽(yáng)電池資源，又可保證蓄電池組安全而可靠的工作； 　?、?蓄電池組過(guò)放電保護(hù)功能； 　?、?蓄電池組過(guò)充電保護(hù)功能； 　?、芴?yáng)電池、蓄電池、負(fù)載反接保護(hù)； 　　⑤太陽(yáng)電池防反充功能； 　?、尢?yáng)電池充電控制功能； 　?、?負(fù)載供電控制功能； 　?、嗵峁㏑S232和RS485通信接口，便于實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)端和近端監(jiān)控。 　　2.4 蓄電池 　　蓄電池組是獨(dú)立太陽(yáng)能供電系統(tǒng)不可缺少的重要部件，因?yàn)樘?yáng)能供電系統(tǒng)本身只有光電轉(zhuǎn)換的作用。為了解決太陽(yáng)光能供電的同步性和儲(chǔ)能的效果，滿足陰雨天和夜間的正常供電，必須配備合理的蓄電池組；另外，通過(guò)合理設(shè)計(jì)，使更換備用蓄電池組十分便利，以備梅雨季節(jié)等長(zhǎng)時(shí)間陰雨天氣所需。蓄電池容量應(yīng)能保證連續(xù)最長(zhǎng)的雨天的供電。 　　采用太陽(yáng)能一風(fēng)力新型供電方式，可避免供電電纜布線的麻煩，在后期的維護(hù)也十分便利。節(jié)能、環(huán)保理念是每一位高速公路建設(shè)者都應(yīng)該積極響應(yīng)的口號(hào)，且應(yīng)把它附于實(shí)踐中去，大膽采用新技術(shù)、新產(chǎn)品。太陽(yáng)能風(fēng)能供電，充分利用了自然能源、保護(hù)了環(huán)境、節(jié)約了投資，在今后高速公路的建設(shè)過(guò)程必將得到越來(lái)越廣泛應(yīng)用。